CN103707435B - 连续长玻纤增强聚丙烯生产用熔融浸润装置及浸润方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及连续长玻纤增强聚丙烯生产用熔融浸润装置及浸润方法，包括壳体，反应槽，其前端设有反应槽玻纤入口，后端设有反应槽玻纤出口，反应槽内装有相容剂；浸润槽，包括模腔、树脂导入通道入口、玻纤入口、玻纤出口、玻纤分散浸润辊轮，所述的树脂导入通道入口、玻纤入口、玻纤出口分别连通模腔，所述的玻纤分散浸润辊轮置于模腔内，模腔内装有熔融聚丙烯树脂。与现有技术相比，本发明能够减少玻纤丝的摩擦和折损；提高了浸润速度，提高了产能，同时降低了加工成本；用相容剂将玻纤进行预处理，提高了玻纤与树脂间的结合力和浸润效果，最终大幅度提升产物性能。
Description
技术领域
本发明属于新材料改性加工技术领域，具体涉及连续长玻纤增强聚丙烯生产用玻纤束反应型熔融浸润装备及浸润方法。用于连续长玻纤增强热塑性聚丙烯的生产。
背景技术
传统的改性方法生产的玻纤增强热塑性聚丙烯的玻纤长度一般小于0.5mm，平均长度是2-3mm，其制品的受力破坏主要是玻纤从基体拔出，玻纤越短越容易从基体树脂中拔出，制品的强度就越低。上个世纪末期，国外改性聚丙烯行业开始涌现出连续长玻纤增强热塑性聚丙烯(LFT)。与传统的玻纤增强热塑性聚丙烯相比，LFT的玻纤长度明显大于传统方法生产的增强聚丙烯中玻纤的长度。由于LFT中玻纤的长度较长，更好地发挥了玻纤的增强能力，从而赋予制品更高的刚性、机械强度、抗冲击强度、抗蠕变性，同时由于玻纤的长度较长，在成型的过程中，玻纤不容易发生取向，所以改善了传统玻纤增强制品容易翘曲变形的缺陷。与传统的材料相比，LFT具有明显高的性能优势和制品的尺寸稳定性，所以LFT材料很快成为复合材料市场中正在突起的一类新产品。
这类材料作为以塑代钢的最佳解决方案，被大量用于汽车工业，以减轻汽车的重量，节能减排。如用于汽车的保险杠、仪表板承重支架，蓄电池承重槽，座椅骨架，发动机罩盖等部件。除了用于汽车领域以外还用于家电、环保机械、建筑、工程、航空、航天等众多领域。
目前，LFT材料的生产以熔融浸润法为主。其工艺过程是玻纤在牵引力的作用下穿过充满熔体的模腔，玻纤束在模腔内在内部装置的作用下散开，然后被树脂浸润到玻纤束的内部，和每个玻纤丝充分接触。然后经过浸润的玻纤束从浸润装备玻纤出口牵出，再经冷却、烘干后切成所需长度的连续长玻纤增强热塑性聚丙烯颗粒。然而该材料生产的关键技术就在于树脂能否对玻纤进行充分快速的浸润。关键技术具体表现为：1)玻纤通过浸润装备过程中，磨损程度较小，因为如果磨损程度严重容易堵塞浸润设备，导致生产不稳定；2)玻纤在经过浸润装备过程中，要被内部的熔融树脂充分浸润，甚至树脂包覆到每根玻纤单丝，因为浸润效果不好，制品的外观浮纤严重，同时制品的强度不高；3)玻纤通过浸润装置的线速度越快，LFT材料的产量越高，同时单位重量的LFT材料的加工成本越低。只有以上三个关键技术都能达到的浸润装备才算得上成功的设备。
法国阿托公司1989在中国专利CN1021643C公开的相关专利，其特征为一类似正玄曲线的弯曲浸润流道。塑化好的聚丙烯进入到模腔内与玻纤接触，玻纤束在通过弯曲流道的波峰和波谷时，在张力的作用下散开，然后被熔融树脂充分浸润。该专利设计的优点是，树脂对玻纤的浸润效果较好，但是存在着非常严重的缺陷，即玻纤丝容易被磨损，尤其是牵引速度越快，玻纤受到的张力越大，越容易磨损，造成生产不稳定，甚至造成停产。同时我们也查阅和验证了国内其他公司或高校的授权专利。都不同程度上存在着一些缺陷，能够实现上述3个关键技术的几乎没有。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有更低的加工成本，更高的产量，更高的生产稳定性，更高的材料性能的连续长玻纤增强聚丙烯生产用熔融浸润装置及浸润方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种连续长玻纤增强聚丙烯生产用熔融浸润装置，该装置为玻纤束反应型熔融浸润装备，其特征在于，包括
壳体，
反应槽，其前端设有反应槽玻纤入口，后端设有反应槽玻纤出口，反应槽内装有相容剂，对玻纤进行预处理，将相容剂接枝到玻纤上，相容剂为市售相容剂；
浸润槽，包括模腔、树脂导入通道入口、玻纤入口、玻纤出口、玻纤分散浸润辊轮，所述的树脂导入通道入口、玻纤入口、玻纤出口分别连通模腔，所述的玻纤分散浸润辊轮置于模腔内，模腔内装有熔融聚丙烯树脂。
所述的反应槽与浸润槽之间设有导向柱，从反应槽玻纤出口引出的预处理后的玻纤经导向柱导向进入浸润槽的玻纤入口。
所述的浸润槽中的玻纤分散浸润辊轮设有至少两个。
所述的壳体的材料是经过渗碳和氮化处理过的耐磨钢材。
所述的反应槽玻纤入口的横切面是长轴为3-8mm，短轴为2-6mm的椭圆；所述的反应槽玻纤出口的横切面是长轴为3-6mm，短轴为2-4mm的椭圆。
所述的树脂导入通道入口为一条间隙为1-4mm的狭缝。
所述的浸润槽中玻纤入口的横切面是长轴为3-6mm，短轴为2-7mm的椭圆；玻纤出口的横切面是长轴为2-8mm，短轴为2-6mm的椭圆。
所述的玻纤分散浸润辊轮是带有螺旋状凹槽的辊轮，凹槽底部宽6-20mm，凹槽的深度为3-10mm，玻纤进入浸润槽模腔后沿着凹槽缠绕在玻纤分散浸润辊轮上，缠绕一周从相邻的凹槽轨道离开玻纤分散浸润辊轮，然后引入下一个玻纤分散浸润辊轮的凹槽轨道；同一个玻纤分散浸润辊轮上凹槽与凹槽之间隔板的宽度为2-6mm，凹槽的圈数至少是玻纤股数的两倍。
使用所述的装置使玻纤束浸润树脂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：玻纤先通过反应槽与相容剂发生接枝反应，然后经浸润槽的玻纤入口进入到模腔中，熔融聚丙烯树脂经树脂导入通道入口进入到模腔中，在充满熔融聚丙烯树脂的模腔内玻纤束在张力牵引下错位绕过玻纤分散浸润辊轮，同时由于玻纤分散浸润辊轮能够使玻纤充分散开，促进熔融聚丙烯树脂浸润到玻纤束内部，然后被充分浸润的玻纤束从玻纤出口牵出，浸润好的玻纤束经冷却、烘干后切成所需长度的连续长玻纤增强热塑性聚丙烯颗粒。
与现有玻纤熔融浸润设备相比，本发明有如下优点：
1)玻纤通过浸润装备过程中，磨损程度较小，因为如果磨损程度严重容易堵塞浸润设备，导致停产；
2)玻纤在经过浸润装备过程中，要被内部的熔融树脂充分浸润，甚至树脂包覆到每根玻纤单丝，因为浸润效果不好，制品的外观浮纤严重，同时制品的强度不高；
3)玻纤通过浸润装置的线速度越快，LFT材料的产量越高，同时单位重量的LFT材料的加工成本越低。
4)由于该浸润装备设置了一个对玻纤进行预处理的设备---反应槽(该反应槽将玻纤与树脂的相容剂接枝到玻纤上)，增强了树脂与玻纤之间的结合力，使得最终制品的性能会非常高。本发明的特点是更低的加工成本，更高的产量，更高的生产稳定性，更高的材料性能。
附图说明
图1是玻纤分散浸润辊轮；
图2是连续长玻纤增强聚丙烯生产用玻纤束反应型熔融浸润装备。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种连续长玻纤增强聚丙烯生产用熔融浸润装置，该装置为玻纤束反应型熔融浸润装备，包括
壳体，是一个经过渗碳和氮化处理的箱体，具有耐高温、耐磨损、那腐蚀性的特性；壳体的内部空间是反应槽和浸润槽；
反应槽1，其前端设有反应槽玻纤入口11，后端设有反应槽玻纤出口12，反应槽1内装有相容剂，对玻纤进行预处理，将相容剂接枝到玻纤上；所述的反应槽玻纤入口的横切面是长轴为3mm，短轴为2mm的椭圆；所述的反应槽玻纤出口的横切面是长轴为3mm，短轴为2mm的椭圆。
浸润槽，包括模腔、树脂导入通道入口34、玻纤入口31、玻纤出口32、玻纤分散浸润辊轮3，所述的树脂导入通道入口34、玻纤入口31、玻纤出口32分别连通模腔，所述的玻纤分散浸润辊轮3置于模腔内，且玻纤分散浸润辊轮3两端镶嵌于壳体的两侧板上，在模腔中形成树脂通道35，通过树脂导入通道入口34引入熔融聚丙烯树脂。玻纤分散浸润辊轮设有两个。树脂导入通道入口为一条间隙为1mm的狭缝；玻纤入口的横切面是长轴为3mm，短轴为2mm的椭圆；玻纤出口的横切面是长轴为2mm，短轴为2mm的椭圆；所述的玻纤分散浸润辊轮是带有螺旋状凹槽的辊轮，凹槽底部宽6mm，凹槽的深度为3mm，玻纤进入浸润槽模腔后沿着凹槽缠绕在玻纤分散浸润辊轮上，缠绕一周从相邻的凹槽轨道离开玻纤分散浸润辊轮，然后引入下一个玻纤分散浸润辊轮的凹槽轨道；同一个玻纤分散浸润辊轮上凹槽与凹槽之间隔板的宽度为2mm，凹槽的圈数至少是玻纤股数的两倍。
所述的反应槽与浸润槽之间设有导向柱2，从反应槽玻纤出口12引出的预处理后的玻纤经导向柱2导向进入浸润槽的玻纤入口31。
使用上述装置使玻纤束浸润树脂的方法，包括以下步骤：
玻纤先通过反应槽1与相容剂发生接枝反应，然后经浸润槽的玻纤入口进入到模腔中，熔融聚丙烯树脂经树脂导入通道入口进入到模腔中，在充满熔融聚丙烯树脂的模腔内玻纤束在张力牵引下错位绕过玻纤分散浸润辊轮，同时由于玻纤分散浸润辊轮能够使玻纤充分散开，促进熔融聚丙烯树脂浸润到玻纤束内部，然后被充分浸润的玻纤束从玻纤出口牵出，浸润好的玻纤束经冷却、烘干后切成所需长度的连续长玻纤增强热塑性聚丙烯颗粒。
实施例2
所述的反应槽玻纤入口的横切面是长轴为8mm，短轴为6mm的椭圆；所述的反应槽玻纤出口的横切面是长轴为6mm，短轴为2-4mm的椭圆。
玻纤分散浸润辊轮设有两个。树脂导入通道入口为一条间隙为4mm的狭缝；玻纤入口的横切面是长轴为6mm，短轴为7mm的椭圆；玻纤出口的横切面是长轴为8mm，短轴为6mm的椭圆；所述的玻纤分散浸润辊轮是带有螺旋状凹槽的辊轮，凹槽底部宽20mm，凹槽的深度为10mm，玻纤进入浸润槽模腔后沿着凹槽缠绕在玻纤分散浸润辊轮上，缠绕一周从相邻的凹槽轨道离开玻纤分散浸润辊轮，然后引入下一个玻纤分散浸润辊轮的凹槽轨道；同一个玻纤分散浸润辊轮上凹槽与凹槽之间隔板的宽度为6mm，凹槽的圈数至少是玻纤股数的两倍。
其余同实施例1。
Claims (8)
1.一种连续长玻纤增强聚丙烯生产用熔融浸润装置，该装置为玻纤束反应型熔融浸润装备，其特征在于，包括
壳体，
反应槽，其前端设有反应槽玻纤入口，后端设有反应槽玻纤出口，反应槽内装有相容剂，对玻纤进行预处理，将相容剂接枝到玻纤上；
浸润槽，包括模腔、树脂导入通道入口、玻纤入口、玻纤出口、玻纤分散浸润辊轮，所述的树脂导入通道入口、玻纤入口、玻纤出口分别连通模腔，所述的玻纤分散浸润辊轮置于模腔内，模腔内装有熔融聚丙烯树脂；
所述的玻纤分散浸润辊轮是带有螺旋状凹槽的辊轮，凹槽底部宽6-20mm，凹槽的深度为3-10mm，玻纤进入浸润槽模腔后沿着凹槽缠绕在玻纤分散浸润辊轮上，缠绕一周从相邻的凹槽轨道离开玻纤分散浸润辊轮，然后引入下一个玻纤分散浸润辊轮的凹槽轨道；同一个玻纤分散浸润辊轮上凹槽与凹槽之间隔板的宽度为2-6mm，凹槽的圈数至少是玻纤股数的两倍。
2.根据权利要求1所述的一种连续长玻纤增强聚丙烯生产用熔融浸润装置，其特征在于，所述的反应槽与浸润槽之间设有导向柱，从反应槽玻纤出口引出的预处理后的玻纤经导向柱导向进入浸润槽的玻纤入口。
3.根据权利要求1所述的一种连续长玻纤增强聚丙烯生产用熔融浸润装置，其特征在于，所述的浸润槽中的玻纤分散浸润辊轮设有至少两个。
4.根据权利要求1所述的一种连续长玻纤增强聚丙烯生产用熔融浸润装置，其特征在于，所述的壳体的材料是经过渗碳和氮化处理过的耐磨钢材。
5.根据权利要求1所述的一种连续长玻纤增强聚丙烯生产用熔融浸润装置，其特征在于，所述的反应槽玻纤入口的横切面是长轴为3-8mm，短轴为2-6mm的椭圆；所述的反应槽玻纤出口的横切面是长轴为3-6mm，短轴为2-4mm的椭圆。
6.根据权利要求1所述的一种连续长玻纤增强聚丙烯生产用熔融浸润装置，其特征在于，所述的树脂导入通道入口为一条间隙为1-4mm的狭缝。
7.根据权利要求1所述的一种连续长玻纤增强聚丙烯生产用熔融浸润装置，其特征在于，所述的浸润槽中玻纤入口的横切面是长轴为3-6mm，短轴为2-7mm的椭圆；玻纤出口的横切面是长轴为2-8mm，短轴为2-6mm的椭圆。
8.使用权利要求1所述的装置使玻纤束浸润树脂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：玻纤先通过反应槽与相容剂发生接枝反应，然后经浸润槽的玻纤入口进入到模腔中，熔融聚丙烯树脂经树脂导入通道入口进入到模腔中，在充满熔融聚丙烯树脂的模腔内玻纤束在张力牵引下错位绕过玻纤分散浸润辊轮，同时由于玻纤分散浸润辊轮能够使玻纤充分散开，促进熔融聚丙烯树脂浸润到玻纤束内部，然后被充分浸润的玻纤束从玻纤出口牵出，浸润好的玻纤束经冷却、烘干后切成所需长度的连续长玻纤增强热塑性聚丙烯颗粒。
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